随钻堵漏剂含量对裂缝性灰岩承压能力的影响

2017-05-13李军伟长江大学石油工程学院湖北武汉430100中海油田服务股份有限公司河北燕郊065201

长江大学学报(自科版) 2017年5期

关键词：灰岩岩心钻井液

李军伟 (长江大学石油工程学院，湖北武汉 430100；中海油田服务股份有限公司，河北燕郊 065201)

马梦 (长江大学期刊社，湖北荆州 434023)

杨鸿波，马德新 (中海油田服务股份有限公司，河北燕郊 065201)

随钻堵漏剂含量对裂缝性灰岩承压能力的影响

李军伟 (长江大学石油工程学院，湖北武汉 430100；中海油田服务股份有限公司，河北燕郊 065201)

马梦 (长江大学期刊社，湖北荆州 434023)

杨鸿波，马德新 (中海油田服务股份有限公司，河北燕郊 065201)

漏失造成地层承压能力低是裂缝性灰岩钻井面临的主要问题，随钻堵漏是解决该问题的有效方式。随钻堵漏剂的含量与提高地层承压能力的数量关系是确定钻井液密度范围和固井液柱压力、保障井壁稳定和固井质量的关键。针对裂缝性灰岩开展了随钻堵漏剂对承压能力影响的试验研究。研究表明，随钻堵漏剂含量越高，地层承压能力增强；地层压力越高，随钻堵漏对提高地层承压能力的效果越强；孔隙度越大，随钻堵漏对提高地层承压能力的效果越弱。该技术应用在米桑油田灰岩钻井过程中，提高地层承压压力0.27～0.34g/cm3，有效解决了卡钻、卡仪器和固井质量不合格等问题，为同类井作业提供借鉴。

随钻堵漏剂含量；裂缝性灰岩；承压能力；米桑油田

提高地层承压能力技术能较好地防范井漏、扩大安全密度窗口，利于钻井施工，并对快速安全钻进、优质固井以及储层保护具有重要意义[1～4]。灰岩地层承压堵漏是钻井施工的难题，国内外为此开展了一系列研究，分析了地层承压能力的影响因素，建立了裂缝性漏失压力、裂缝沟通压力和裂缝扩展压力等计算模型，探索了各种堵漏配方针对不同漏失的封堵效果，揭示了钻井液堵漏阻止诱导裂缝延伸并提高裂缝重启压力的作用机理等[5～10]。这些研究提高了对灰岩地层堵漏的认识并探索了不同配方采用静止堵漏的效果，但都未能确定随钻堵漏剂含量与提高地层承压能力的关系。笔者通过试验研究总结了米桑油田下部灰岩地层钻井堵漏剂含量与提高地层承压能力的数量关系，经过实践应用扩大了钻井液密度窗口，实现了顺利作业，为随钻堵漏作业提供了借鉴。

1 基本情况及钻井难点

米桑油田群位于伊拉克东南部米桑省。地质构造为NW-SE走向的长轴背斜，处于扎格罗斯低角度褶皱带，储层段为白垩纪地层。油田8in井段地层压力系数为1.08，地层最高温度110℃，最大埋深3800m。该井段地层自上而下分别为古近系的Jeribe组到白垩系Nahr Umer组，厚1430m，其中古近系的Jeribe组至Kirkuk组，岩性以灰岩、白云岩为主，中白垩统Shiranish组至Mishrif组，为易坍塌的泥晶灰岩。

图1 返出的蓝灰色及灰褐色泥岩掉块

进一步分析漏失特征发现，主要漏失层位为Kirkuk和Mishrif层，漏失层位具有较低的GR(自然伽玛)值和相对规则的井径，漏失时使用的泥浆密度最高为1.30g/cm3，室内实测米桑油田最小水平地应力1.70～1.80g/cm3，远低于裂缝延伸压力2.40g/cm3，90%以上的漏失井均可通过减小排量、降低密度和泵注堵漏泥浆的方式成功实现堵漏，表现出较强的正相关性，这些特征都符合裂缝性漏失特征。取心发现地层岩心发育有垂向和纵向微裂缝，综合判断该井漏失类型为裂缝性漏失。

图2 米桑油田压力预测剖面

2 试验设备与原理

随钻堵漏产生的非生产时间较少，因而发生井漏后优先选择随钻堵漏方式。笔者为确定随钻堵漏剂含量与提高地层承压能力的数量关系，开展了试验研究。该试验设备采用中国石油大学(华东)岩石力学实验室自行研制的岩心动态堵漏测试仪进行试验(见图3和图4)，该设备主要由钻井液循环系统、漏失试验筒和加温系统3部分组成。试验基本原理如图5所示。首先将含堵漏剂的钻井液经第1通道对岩心进行堵漏，当第3通道漏失量明显降低后，打开第2通道，完成钻井液在岩心端面的堵漏过程，堵漏成功后，用基浆换含堵漏剂的钻井液进行承压能力测试，即关闭第2通道，使用辅助装置使基浆经第一通道对封堵后的岩心进行穿透试验。

图3 岩心动态堵漏测试仪图4 基浆穿透辅助装置

图5 堵漏试验原理图

3 试验过程

试验设定相同孔隙度条件下岩石的渗透率相同。现场岩心缝宽为0.3～1.7mm。鉴于现场岩心数量有限，取露头灰岩和白云岩标本，加工成标准岩心(见图6)，制成0.5、1和1.5mm缝宽的人造裂缝，可代表实际岩石裂缝。

根据裂缝性灰岩地层的堵漏经验，选用由果壳、锯末、云母片和谷壳末等惰性材料和添加剂复配成复合堵漏剂。为确定堵漏剂与裂缝的匹配性，堵漏试验前用光学显微镜对堵漏剂的粒径进行测试，其粒径大约在1.5～2.0μm(见图7)。

图6 露头岩心标准试样

图7 堵漏剂粒径分析结果

4 试验结果

部分岩心堵漏试验后结果如图8所示。可以看出，裂缝越宽充入岩石的堵漏剂越多，堵漏剂沿裂缝延伸距离越远,这也意味着裂缝越宽堵漏对地层承压能力的提高效果越不明显。

从堵漏结果(见表1)可以看出，对裂缝性漏失地层，堵漏后地层的承压能力不仅与围压有关，而且与裂隙孔隙度有很大关系。首先根据结果对堵漏后地层承压能力的影响因素进行单因素回归：

图8 试验岩心结果图

1)同一堵漏剂不同含量(分别为10%、20%和30%)、不同裂缝宽度(用裂隙孔隙度表示)下承压能力随围压(井深)变化曲线如图9～图11所示。由图9～图11可以看出，同一堵漏剂含量，同一裂隙孔隙度下，承压能力与围压呈较好的指数关系，即随着围压增大，地层承压能力增加；裂隙孔隙度越大，地层承压能力相对较低。

2)同一裂隙孔隙度、不同堵漏剂含量下承压能力随围压(井深)变化曲线如图12～图14所示。由图12～图14可以看出，同一堵漏剂含量，同一裂隙孔隙度下，承压能力与围压呈较好的指数关系，即随着围压增大，地层承压能力增加；堵漏剂含量越高，承压能力越大，当堵漏剂含量由20%提高至30%时，地层承压能力明显提高，而且在低裂隙孔隙度下增加幅度显著，如当裂隙孔隙度为2.55%时，地层承压能力约增加5MPa。

表1 灰岩堵漏结果表

图9 堵漏剂含量10%时，地层承压能力随裂隙孔隙度、围压变化规律图10 堵漏剂含量20%时，地层承压能力随裂隙孔隙度、围压变化规律

图11 堵漏剂含量30%时，地层承压能力随裂隙孔隙度、围压变化规律图12 裂隙孔隙度2.55%时，地层承压能力随堵漏剂含量、围压变化规律

图13 裂隙孔隙度5.10%时，地层承压能力随堵漏剂含量、围压变化规律图14 裂隙孔隙度7.64%时，地层承压能力随堵漏剂含量、围压变化规律

3)同一堵漏剂含量、不同围压(井深)下承压能力随裂缝孔隙度变化曲线如图15～图17所示，由图15～图17可以看出，承压能力随裂隙孔隙度呈指数递减。

图15 堵漏剂含量10%时，地层承压能力随裂隙孔隙度、围压变化规律图16 堵漏剂含量20%时，地层承压能力随裂隙孔隙度、围压变化规律

由以上的单影响因素分析结果可以看出，堵漏后，岩心的承压能力与裂隙孔隙度，围压等有着密切的关系。为更加清楚地表现三者之间的关系，将试验结果进行了二元回归，即在堵漏剂含量一定的情况下，分析裂隙孔隙度以及围压对地层承压能力的影响。

设x1为裂隙孔隙度，x2为围压，y为承压能力，堵漏剂含量为10%时，二元回归结果为：

y=15.484exp(-22.246x1)+0.374exp(0.078x2)

堵漏剂含量为20%时，二元回归结果为：

y=14.479exp(-16.961x1)+0.488exp(0.074x2)

堵漏剂含量为30%时，二元回归结果为：

y=22.620exp(-26.374x1)+1.998exp(0.045x2)

5 应用

图17 堵漏剂含量30%时，地层承压能力随裂隙孔隙度、围压变化规律

应用上述回归结果，结合米桑油田不同区域的压力、孔隙度对所需随钻堵漏剂含量进行预测，并依据预测结果确定堵漏剂含量。由图18可以看出，BUCN-52井3000～3100m为主要易漏失段，若在该段漏失后，采用堵漏剂含量为30%的钻井液进行堵漏，堵漏后地层的承压能力增加约为0.27g/cm3。由具体统计结果(见表2)可知，FQCS-27井与BUCN-52井类同，堵漏剂含量需要达到30%，对于裂隙孔隙度偏小的AGCS-24井堵漏剂填加至10%以上即可实现成功堵漏。采取上述堵漏技术之后，该井段固井没有再出现漏失，固井质量测量的声幅值由之前的30%以上降低至20%以下，达到了固井质量要求。